含空腔点阵增强夹芯结构的固有振动分析方法

[目的]为研究芯层含多种组分的含空腔点阵增强夹芯结构的固有振动特性,探讨此夹芯结构的固有振动分析方法,[方法]首先,通过体积平均,将圆台形空腔近似视为圆柱形空腔来处理,采用多层次均匀化的思路,将含增强柱和空腔的复杂芯层等效为正交各向异性材料,并利用Mori-Tanaka方法进行2次单相夹杂处理,获取芯层的等效弹性模量。然后,基于一阶剪切变形理论建立运动学方程,进一步利用芯层等效弹性模量的计算值,采用双三角级数求解四边简支含空腔点阵增强夹芯结构的固有频率。最后,在此基础上,分别探讨芯材面板模量比、点阵增强柱体积比和空腔体积比对含空腔点阵增强夹芯结构固有频率的影响规律。[结果]与有限元计算结果的对比显示,固有频率的相对误差不超过3%,验证了该方法的正确性。[结论]所提方法可快速、准确地计算含空腔点阵增强夹芯结构的中、低频固有频率,且数理模型清晰,公式简单,易于对其规律进行研究。     

基于一阶zigzag理论的软芯复合夹层板冲击载荷下的动态响应分析（英文）

本文提出一种简化的用于求解软芯复合材料夹层板的一阶zigzag理论模型，该模型能精确求解外载荷作用下软芯复合材料夹层板的静态和动态响应。软芯复合材料夹层板的上下面板采用一阶剪切变形理论，芯材运用线性函数模拟横向和面内位移。模型充分考虑芯材厚度方向的应力和应变，能很好满足横向剪切应力和位移界面边界条件。基于此模型，运用Newmark法求解控制方程分析冲击载荷作用下简支软芯复合夹层板的动态响应，将提出的一阶zigzag理论模型与公开发表的文献结果进行了准确性对比验证。在验证的基础上进行了一系列的参数研究，并详细研究了各种参数对夹层板动态响应的影响。计算结果能为船用软芯复合材料夹层板提供理论设计指导。     

静压作用下夹芯复合材料圆柱壳失效模式的有限元分析

基于有限元计算软件ABAQUS,对静水压力作用下夹芯复合材料圆柱壳的失效模式进行研究。首先,采用ABAQUS的材料库和单元库,建立高效、精确的夹芯复合材料圆柱壳的仿真计算方法;进而,基于TSAIW理论、Hashin理论和第四强度理论,分别建立表层材料和芯材的强度失效判据;最后,分析跨度/半径比、表层/芯材厚度比、内/外表层厚度比以及铺层角度等因素对圆柱壳失效模式的影响规律,可为夹芯复合材料圆柱壳的结构优化设计提供依据。     

内外压力作用下复合材料夹芯圆柱壳的 屈曲及面芯分层扩展研究

文章采用有限元方法数值模拟了内外等压载荷作用下复合材料夹芯圆柱壳的稳定性及面板和芯体之间的分层扩展行为。数值研究结果表明夹芯圆柱壳的屈曲临界力与芯体的弹性模量和泊松比、芯体和面板厚度之比、分层大小等因素密切相关,而且在内外等压作用下夹芯圆柱壳的面芯分层在结构失稳前不会发生扩展。文中研究所得结论对潜艇夹芯轻外壳结构设计具有一定的参考价值。     

基于参数等效法的敷设声学覆盖层的结构物水下低频声目标强度研究

采用参数等效方法计算了敷设声学覆盖层的结构物水下低频声目标强度。首先应用有限元模拟充水阻抗管的方法获取圆台型空腔声学覆盖层敷设在与计算模型具有相同厚度的钢材上的声反射系数;其次,根据参数等效前后反射系数相等的原理,利用遗传算法反演声学覆盖层的等效物理参数(杨氏模量、泊松比、损耗因子);最后将反演得到的等效参数应用于均匀阻尼层,获得模型的水下声目标强度,验证该方法的可行性。结果表明,该方法能有效且高效地获得敷设圆台型空腔声学覆盖层的结构物水下低频声目标强度。     

复合夹层板弯曲挠度的一种近似计算方法

基于Hoff夹层板理论对夹层板弯曲挠度计算提出一种近似计算方法,将夹层板的面板和芯材在横向载荷作用下产生的挠度值分别计算,然后合成相加得到夹层板的总挠度分布。避免了引入夹层板截面转角这两个未知量,仅应用单层薄板的挠度解即可求得夹层板挠度的分布。算例表明,当面板厚度与芯材厚度之比小于<0.67时,本方法计算出的挠度值与Hoff理论的计算结果误差很小,可以替代Hoff理论来进行夹层板挠度的计算。     

水下圆柱壳振动与声辐射低频等效计算方法

为了提高水下大长径比圆柱壳低频振动响应和辐射声功率的计算效率,该文提出了一种用水下梁模型等效计算的方法。该等效模型基于欧拉梁理论,采用附加水质量近似流固耦合作用,通过计算梁的等效杨氏模量系数,使其与圆柱壳的梁式弯曲振动模态对应。计算表明,对大长径比简支圆柱薄壳（L/a＞20）,等效梁杨氏模量系数主要取决于结构长径比,而厚度对其的影响甚小。文中还给出了不同长径比圆柱壳前五阶模态频率的等效杨氏模量系数曲线,利用梁模型并结合此曲线,可准确预报水下圆柱壳低频域辐射声功率和圆柱壳的梁式弯曲振动模态。     

等效刚度法计算波纹夹层板弯曲变形与应力

[目的]为探索波纹夹层板弯曲问题的计算方法,求解波纹夹层板的弯曲变形与应力,提出一种等效刚度法.[方法]将波纹夹层板中间芯层等效成正交异性体,应用卡氏定理求解芯层的等效弹性模量,最后应用层合板理论计算夹层板的整体刚度.依据夹层板的整体刚度,求解正交异性板的弯曲平衡方程,计算出夹层板的弯曲变形分布;通过求出的变形,应用虎...     

V型波纹夹层板弯曲问题的高阶剪切变形理论计算方法

为了求解V型波纹夹层板的弯曲变形与应力,本文应用能量等效法求解芯层的等效弹性模量,将波纹夹层板中间芯层等效成正交异性板,夹层板整体则等效成层合板。依据高阶剪切变形理论和最小势能原理,推导波纹夹层板的弯曲微分方程,并采用双傅立叶级数法求解该方程。通过薄夹层板算例验证,在夹层板的变形计算结果中,本文方法与有限元法吻合良好;在夹层板的应力计算结果中,有限元法计算的弯曲应力沿波纹方向分布表现出振荡现象,本文方法的应力分布是其振荡峰值的光滑插值曲线。集中载荷作用下的厚夹层板算例表明,在平行于矩形板边缘的横剖面上,本文方法计算的位移最大值和应力最大值普遍大于有限元法结果。     

含坑点腐蚀的壳体有限元方法

建立了坑点腐蚀壳板的分层模型(腐蚀层+完好层),求出了腐蚀层的等效材料常数(等效弹性模量和等效泊松比).开展了坑点腐蚀的应力集中分析,坑点腐蚀壳板的应力集中可分为薄膜应力集中和弯曲应力集中.以超参数壳元为基础推导了坑点腐蚀壳体单元,导出了坑点腐蚀壳体单元的刚度矩阵和等效结点载荷向量的有限元表达格式,单元刚度矩阵通过沿壳体厚度方向的分段积分求得,在积分时腐蚀层的材料常数取力学等效的材料常数,在计算单元等效结点载荷向量时考虑了由腐蚀引起的偏心载荷,在求解单元应力时考虑了坑点腐蚀应力集中的影响,并对应力进行了相应修正.     

含坑点腐蚀的壳体有限元方法

建立了坑点腐蚀壳板的分层模型(腐蚀层+完好层),求出了腐蚀层的等效材料常数(等效弹性模量和等效泊松比)。开展了坑点腐蚀的应力集中分析,坑点腐蚀壳板的应力集中可分为薄膜应力集中和弯曲应力集中。以超参数壳元为基础推导了坑点腐蚀壳体单元,导出了坑点腐蚀壳体单元的刚度矩阵和等效结点载荷向量的有限元表达格式,单元刚度矩阵通过沿壳体厚度方向的分段积分求得,在积分时腐蚀层的材料常数取力学等效的材料常数,在计算单元等效结点载荷向量时考虑了由腐蚀引起的偏心载荷,在求解单元应力时考虑了坑点腐蚀应力集中的影响,并对应力进行了相应修正。     

游艇泡沫夹层结构有限元分析方法

以一艘泡沫夹层玻璃钢材质双体游艇的帽形骨材结构为研究对象,考虑有芯和无芯两种情况,分别施加相同的边界条件和载荷,强度有限元计算结果表明,有无泡沫芯材两种模型的等效应力、最大剪应力以及最大变形的结果及应力变形分布情况等几乎相同,分析夹层板结构芯材直接计算方法,认为不能用简单的一层板单元代替泡沫芯材夹层板。     

正交加筋复合材料夹层板弯曲问题求解

正交加筋均质芯材基于一阶剪切变形理论,并采用δ函数描述其非连续性,复合材料面板采用Kirchhoff薄板假设,以面板面内位移和结构整体横向位移为响应函数,通过能量原理推导了正交加筋芯材复合材料夹层板的静力学平衡方程。考虑四边简支边界条件,采用双傅立叶级数位移函数求解了正交各向异性复合材料面板正交加筋均质芯材夹层板受均布载荷作用的弯曲响应,通过将夹层板的位移和应力响应与有限元计算结果进行对比,验证了文中求解方法的正确性。     

艉轴承刚度等效形式对轴系横向振动特性的影响北大核心CSCD

[目的]由于船舶艉轴承的长径比较大,将其简化为传统的单点支撑等效模型难以反映出轴承的实际运行情况,因此有必要探讨艉轴承等效形式对轴系横向振动特性的影响。[方法]首先,基于能量原理,引入改进傅里叶级数方法描述推进轴系的横向振动位移,构建可用于单点、多点和连续分布式支撑的多种等效形式的推进轴系横向振动特性计算模型;然后,分别分析由液膜压力等效的支撑刚度变化对轴系横向振动特性以及螺旋桨激励对轴系振动响应的影响;最后,与文献和采用有限元方法(FEM)计算的结果进行对比,验证所提模型的正确性。[结果]结果显示,多点支撑的计算结果收敛于连续分布式支撑计算结果,螺旋桨激励下轴系响应受转速影响。[结论]研究表明,可采用三点支撑等效形式研究液膜压力分布对推进轴系横向振动特性的影响,所构建的计算模型收敛性好、计算精度高、代价低。     

填充芯材的双层加筋板振动特性研究

为了研究填充芯材对双层加筋板振动特性的影响,设计制作一个填充聚氨酯芯材的双层加筋板模型,同时制作一个未填充芯材的双层加筋板作为对照。对2个模型进行振动试验,研究填充芯材对该结构振动特性的影响,并与有限元仿真结果进行对比分析。结果表明：两类加筋板前4阶固有频率和均方振速曲线与有限元仿真结果一致性较高,说明了有限元方法的准确性。填充芯材之后,结构固有频率有一定程度上的降低,对应模态振型未发生明显变化。从减振效果来看,填充芯材之后,均方振速总级大幅下降,说明该复合材料结构具有良好的减振效果。在验证有限元方法的准确性后,还通过仿真手段研究了填充芯材对该结构振动特性影响的主要因素。     

高强度聚氯乙烯泡沫水声模量参数反演修正北大核心CSCD

[目的]旨在基于复合材料试样水声插入损失实测值,通过反演算法获得高强度聚氯乙烯(PVC)泡沫的水声模量值,进而提高复合材料水声插入损失计算精度。[方法]首先,通过压缩、平拉等力学试验,得到高强度PVC泡沫材料的静弹性模量,再利用传递矩阵方法计算得到夹芯复合材料的插入损失,并分析得出插入损失计算值与基于脉冲声管法的实测值存在较大差异的原因是芯材弹性模量输入值偏低。然后,基于插入损失实测值,采用遗传算法反演计算出5组泡沫材料的水声模量值。[结果]定量计算结果表明,高强度PVC泡沫的水声模量值高于静弹性模量值,水声模量对压缩模量比值的平均值为1.24,对拉伸模量比值的平均值为1.36。[结论]在对基于高强度PVC泡沫的夹芯复合材料水声性能进行计算时,材料弹性模量输入值应在静力模量实测值基础上正向修正,从而降低误差。     

三明治夹层板振动特性与优化

针对粘弹性材料的频变性,采用模态应变能法求解三明治夹层结构的各阶固有频率及损耗因子,讨论粘弹性材料的厚度、刚度变化对结构的频率和损耗因子的影响,并采用零阶近似法进行模态损耗因子的初步优化设计;最后,对夹层板结构的横向应变动力响应进行探讨。计算结果表明,所提出的建模及计算方法有效,对于三明治夹层板的动力特性研究,考虑芯层的横向应变影响是必要的。     

大跨度加筋板架优化设计研究

在大跨度双层甲板设计中,横向舱壁起到了代替强横梁支撑甲板板架的作用,相比于单层甲板设计可以减小主要构件的腹板高度。本文将横向舱壁简化为两端简支的大跨度加筋板架,使用有限元方法研究其在均布载荷作用下的响应。分析了板厚、扶强材尺寸和间距对结构强度和稳定性的影响,并讨论了以结构重量最小为目标的优化设计方法。     

深水静压下混杂夹芯复合结构形变及强度特性北大核心CSCD

针对混杂夹芯复合结构的典型结构和承载受力特征,以某水下平台附体结构为背景展开研究。首先,设计试验模型并进行耐压承载特性试验。然后,用Abaqus建立有限元分析模型,将仿真计算与试验结果进行对比,验证仿真分析的有效性,并在此基础上进一步探讨深水静压载荷作用下该结构各主要组成构件的变形及应力分布特征规律。最后,以钢质框架与表层蒙皮相交应力集中区域的细节设计问题为对象,综合评价了2种T型连接设计方案的合理性与可行性。结果显示,芯材弹性模量在4-8 GPa时可以避免蒙皮和芯材出现严重的应力集中,可为该类结构的后续工程设计提供参考。     

深水静压下混杂夹芯复合结构形变及强度特性

针对混杂夹芯复合结构的典型结构和承载受力特征,以某水下平台附体结构为背景展开研究。首先,设计试验模型并进行耐压承载特性试验。然后,用Abaqus建立有限元分析模型,将仿真计算与试验结果进行对比,验证仿真分析的有效性,并在此基础上进一步探讨深水静压载荷作用下该结构各主要组成构件的变形及应力分布特征规律。最后,以钢质框架与表层蒙皮相交应力集中区域的细节设计问题为对象,综合评价了2种T型连接设计方案的合理性与可行性。结果显示,芯材弹性模量在4~8 GPa时可以避免蒙皮和芯材出现严重的应力集中,可为该类结构的后续工程设计提供参考。